集成运算放大器的基本应用

1、实验名称集成运算放大器的基本应用一.实验目的1 .掌握集成运算放大器的正确使用方法。2 .掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。3 .学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入,输出波形的测量和描绘方法。二.实验元器件集成运算放大器LM3241只只；10kQ 3 只；1 只；9kQ电位器1kQ1电阻100kQ2电容(1f1三、预习要求1 .复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。2 .写出上述四种运算电路的vi、vo关系表达式。3 .实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。4 .自拟实验数据表

2、格。四.实验原理及参考电路本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。1所示，设组件LM324为理想器件，则1 .反向比例运算反向比例运算电路如图0Rf 1Rvo其输入电阻RfRi,图中RRfRi。由上式可知，改变电阻Rf和Ri的比值，就改变了运算放大器的闭环增益Avf。在选择电路参数是应考虑：1）根据增益，确定Rf与Ri的比值，因为八RfAvfRi所以，在具体确定 Rf和Ri的比值时应考虑；若Rf太大，则Ri亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若 Rf太小，则Ri亦小，输入电阻Rif也小，可能满足不了高输入阻抗的要求,故一般取Rf为几十千欧至几百千欧。若对放大器输入电

3、阻有要求，则可根据RiRi先确定Ri，再求Rf。运算放大器同相输入端外接电阻R是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取RRfRi,由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。2 .反向比例加法运算反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，V11和V12均可通过Ri、R2转换成电流，实现代数相加，其输出电压当RiR2R时RfvoviiRiRfV12R2V12RfvoviiR稳定性好为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、的电阻。Rf与R的取值范围

4、可参照反比例运算电路的选取范围。同理，图中的RRfRiR2。RviiV12图23 .减法运算减法运算电路如图3,当RiR2,RRf时，输出电压voK(vi2Vii)Ri在电阻值严格匹配情况下，本电路具有较高的共模抑制能力。viiV12R10kR2100k100k100k0.01ufHIRfIR110kV1-CZH100kvo9kRL10k图5图64 .积分运算电路如图4,当运算放大器开环电压增益足够大,Rf开路时，可人认为iR ic ,其中V1.八dvo(t)iRicCR1dt将iR,iC代入，并设电容两端初始电压为零，则1VoRCt0 V1(t)dt当输入信号Vi(t)为幅度Vi的直流电压时

5、,1t1Vo(t)V1dtV1tR1C0R1C此时输出电压Vo(t)的波形是随时间线性下降的，如图5。当输入信号Vl(t)为正方波时，输出电压Vo(t)的稳态波形如图6所示。Vo实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻Rf,用于直流负反馈，其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移，其阻值必须取得大些，否则电路将变成一阶低通滤波器。同时Rf的加入将对电容C产生分流作用，从而导致积分误差。为克服误差，一般需满足RCRC。C太小，会加剧积分漂移，但C增大，电容漏电流也会随之加大。通常取Rf10Ri,C1F。5.集成运算放大器LM324集成运算放大器LM324的内部电路结构和引脚排列如图7所示。五

6、.硬件实验内容1 .反相比例运算设计并安装反向比例运算电路，要求输入阻抗R10k。在该放大器输入端加入f1kHz的正弦电压，峰峰值500mv,测量放大器的输出电压，电压增益。2 .反相比例加减法1输入1kHz正弦波，峰峰值为500mv,调节Rp产生Vi2Pp500mv2测量输出电压V电路如下图R1 10kRfV11100k加减法运算电路3 .反向比例积分电路Q）输入f500Hz,峰峰值为1V的正方波（调节offset使其为正方波）用DC挡测试Vi,Vo,画出其波形，标出其幅值和周期获得如下波形六、实验结果及分析1 .反相比例运算结果：波形图匚2 ：,0 IV M5Q0USM Pos 0,000

7、5MEASURETRT频率1.002fcHicm峰-峰值CH2频率1.000kHzTH25.3郭1S-Apr12l(n5分析：可明显观察到ch1与chi2反相，且有放大，实验结果与理论结果相差较小，在误差允许范围之内。2 .反相比例加减法vivoVo实测Vo理论值相对误差Vi1=496mvVi2=336mv%Vi1=496mvVi2=458mv%结果:加法vivoVo实测Vo理论值相对误差Vi1=496mvVi2=400mv%Vi1=496mvVi2=360mv%结果:减法分析：由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效3 .反向比例积分电路结果：波形图nH ThgdM Po

8、s 0,0005CHT 352rrV5 0芟籁由CHS 最大值 -2,72V CH2 最小值 -6,MVMEASURE频率 bUJ.zHz； THT 史峰值 疆Om -CH2 频率 501.DH!?Ml.OOms26-Apr-l? 10t33分析：实验结果有效七、思考题1 .在图4.4.8所示反相比例加法运算电路中（开关S置A点）。R值应怎样确定若R1=R2=10kQ,R=，试问：取R1=10kQ和R1=100kQ两种情况下，哪一种运算精度高为什么对照实验结果分析。答：RRf/Ri/R2,Ri=io0ka精度高，因为当ri越小，信号的放大越明显，则精度越高。2 .若输入信号与放大器的同相端相连

9、，当信号正向增大时，运算放大器的输出时正还是负答：因为放大器同相端与输出端同相，所以输出应为正3 .若输入信号与放大器的同相端相连，当信号反向增大时，运算放大器的输出时正还是负答：放大器反相端与输出端反相，当信号负向增大，输出应为正八、小结这次实验是对我们动手能力的一次考验，更是对我们关于运算放大器的知识的一次实践，完成实验需要对各个原理掌握清楚，对接线有清晰的思路，更要对仪器熟练的使用。在这次实验过程中，我收集了一些常见的问题，小结如下：1 .实验过程中有同学的正负电源接反，导致IC被烧坏，我在做实验的过程中，电源线的不同端使用了不同颜色的导线以示区别。2 .有的同学波形不断变换或者出现不了预期的波形，我认为可以按以下步骤检验：a.可以先按autoset，我认为这个按钮十分有效，有时候在电路接线有改动时，可能示波器的波形没有明显变化，此时按autoset很有效，b.检查电路以后发现仍然有问题，可以测试一些特殊点的电位或者波形来分析。3 .很多同学得到了正确波形，却同时发现波形比较不“美观”，“毛糙”，这个一般是接地线没有接好的原因。可以将部分接地线更换位置，可以很有效的解决这个问题。4 .我做第三个实验的时候，做了很久，实验